Ein Team unter der Leitung von Huang Xuejie, einem Forscher am Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und ein Forschungsteam der Huazhong University of Science and Technology und des Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben eine Anionenregulierungstechnologie entwickelt, die das Problem des engen Kontakts zwischen Elektrolyt und Lithiumelektrode in Festkörper-Lithium-Metall-Batterien löst und wichtige technische Unterstützung für deren praktische Anwendung bietet. Die Forschungsergebnisse wurden am 7. in der internationalen Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.

Festkörper-Lithium-Metall-Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für die Energiespeichertechnologie der nächsten Generation. Der Grenzflächenkontakt zwischen dem Festelektrolyten und der Lithium-Metall-Elektrode stellt jedoch ein großes Hindernis für ihre industrielle Anwendung dar. Herkömmliche Methoden basieren auf aufwändigen externen Geräten, die kontinuierlich Druck ausüben. Dadurch bleiben jedoch zahlreiche winzige Poren und Risse zwischen der Lithiumelektrode und dem Elektrolyten zurück – ein Umstand, der nicht nur die Lebensdauer der Batterie verkürzt, sondern auch potenzielle Sicherheitsrisiken birgt.

Um dieses Dilemma zu lösen, führte das Forschungsteam dem Elektrolyten Jodidionen zu. Während des Batteriebetriebs wandern diese Jodidionen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes zur Elektrodenschnittstelle und bilden dort eine jodreiche Schnittstelle. Diese Schnittstelle zieht aktiv Lithiumionen an, füllt automatisch alle Lücken und Poren und sorgt für einen festen Sitz zwischen Elektrode und Elektrolyt.

Tests haben gezeigt, dass ein mit dieser Technologie hergestellter Batterieprototyp auch nach Hunderten von Lade- und Entladezyklen seine Leistung stabil hält und die Leistung vergleichbarer Batterien deutlich übertrifft. Das neue Design ist nicht nur einfacher herzustellen und benötigt weniger Material, sondern macht die Batterie auch langlebiger. Künftig soll es sicherere und effizientere Energielösungen für Bereiche wie humanoide Roboter, die Elektroluftfahrt und Elektrofahrzeuge ermöglichen.

Wang Chunsheng, Professor an der University of Maryland und Experte für Festkörperbatterien, kommentierte: „Diese Forschung hat den entscheidenden Engpass gelöst, der die Kommerzialisierung von Festkörperbatterien behindert hat, und ist ein entscheidender Schritt in Richtung ihrer praktischen Anwendung.“